地球巖石及其形成作用(9)

2023年12月27日發(作者：金融界三大證書)

地球巖石及其形成作用（9）

胡經國

第三節

變質作用方式

在溫度、壓力及化學活動性流體作用下，原巖可發生物質成分和結構、構造的變化。但是，這一變化是如何得以完成的呢？了解變質作用的方式有助于了解變質作用的過程。變質作用的方式極其復雜多樣，其主要的方式有以下幾種。

一、重結晶作用

重結晶作用是指巖石在固體狀態下，同種礦物經過有限的顆粒溶解、組分遷移，然后又重新結晶成粗大顆粒的作用；在這一過程中并未形成新礦物。在重結晶作用過程中，原巖中的礦物發生溶解、組分遷移、重新沉淀結晶，使礦物形態、大小發生變化，但是不產生新礦物。重結晶作用對原巖的改造主要表現在使其礦物顆粒粒度加大、顆粒相對大小均一化、顆粒外形變得比較規則。

重結晶作用最典型例子是，隱晶質石灰巖因其中的方解石重結晶而變成礦物顆粒粗大的大理巖（主要礦物成分仍為方解石）。

重結晶作用在成巖作用中已經出現；而它在變質作用中則表現得更加明顯和普遍。

二、變質結晶作用

變質結晶作用是指在變質作用的溫度、壓力范圍內，在原巖總體化學成分基本保持不變的情況下（揮發分除外），原巖中的化學成分重新組合，使原有礦物相發生轉變（原有礦物或礦物組合轉變為新的礦物或礦物組合）的作用。由于這種作用過程在多數情況下涉及巖石中各種組分的重新組合，并且是以變質反應的方式實現的，因而變質結晶作用又稱為重組合作用或變質反應。

變質結晶作用的主要特點是：有新的礦物或礦物組合的形成和原礦物或礦物組合的消失，并且在變質反應前后巖石的總體化學成分基本不變。

三、交代作用

交代作用是指在變質過程中，由于化學活動性流體的運移，與固體巖石之間發生復雜的組分置換即組分的帶入和帶出的作用；其結果不僅原巖的化學成分發生了變化，而且新礦物產生和老礦物消失同時發生。交代作用是一種比較普遍的變質作用方式。凡是在有化學活動性流體參與的情況下，總會有不同程度的交代作用發生。

例如，含Na+的流體與鉀長石（KAlSi3O8）發生交代作用而置換出K+，形成新礦物鈉長石（NaAlSi3O8

，斜長石的一種），其反應式如下：

KAlSi3O8+Na+→NaAlSi3O8+K+

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交代作用的特點是：交代作用在固態下和開放系統中進行；原巖化學成分發生改變；原礦物消失（溶解）和新礦物產生同時發生；原巖總體積基本保持不變。

四、變質分異作用

變質分異作用是指將成分、結構、構造均勻的原巖轉變成礦物成分、結構、構造不均勻的巖石的各種作用。它是原巖中組分發生遷移和聚集的結果。

五、變形和碎裂作用

在應力作用下，當應力大于巖石彈性極限時，巖石將產生變形。當應力大于巖石強度極限時，巖石將發生破碎，并且伴隨在應力作用下的重結晶，使原巖巖性發生變化。

第四節 變質作用類型

一、變質作用分類概述

㈠、分類依據與方法

關于變質作用的分類，各家的分類依據和方法不完全一樣。其中，有的側重于地質特點，有的側重于物理化學條件，有的側重于礦物組合和變形作用所產生的結構構造特點。合理的分類應是一個綜合分類，既要考慮變質作用形成時的大地構造環境，又要以反映熱流變化的變質相和變質相系為基礎。

根據變質巖系產出的地質位置、規模和變質相系，同時考慮大多數人的習慣分類方法，可以把變質作用分為局部性變質作用和區域性變質作用兩大類。

㈡、變質相

1、變質相的概念

變質相（Metamorphic Facies）是指在一定溫度和壓力范圍內，不同成分的原巖經變質作用而形成的一套礦物共生組合。它們在時間上和空間上重復出現和緊密伴生，每一個礦物共生組合與巖石化學成分之間有著固定的對應關系。

變質相的概念首先由芬蘭的P.埃斯克拉于1920年提出。他指出，在恒定的溫度、壓力條件下，通過變質而達到化學平衡的任一巖石的礦物組成受原巖總化學成分的控制，而與原巖的形成方式無關。這便是最初的變質相概念。

此后，美國F.J.特納等的工作使變質相的概念更加完整，變質相的劃分更加詳細。前蘇聯的Д.С.科爾任斯基和美國的Jr.J.B.湯普森確定了開放體系中活動組分對變質礦物共生組合的影響，擴大了變質相的研究范圍。數十年來，在新變質相的建立和不同地區變質相的對比方面存在不少爭論。在20世紀70年代初，聯邦德國的H.G.F.溫克勒提出用變質級代替變質相的建議。但是，變質相的概念在地質學中的應用仍很普遍。根據特納（1968）的綜合，共分為11個變質相，它們代表不同的溫度和壓力范圍。

2、變質相按壓力分類

按壓力，變質相可分為以下3類。

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⑴、低壓變質相

以溫度增高為序，低壓變質相包括下列4種變質相：

①、鈉長綠簾角巖相

該變質相見于接觸變質暈的最外部。由于距離接觸帶較遠或所受熱變質較弱，因而原巖的結構和某些礦物可以呈不穩定殘余而殘留下來；若有時可見到鐵質、碳質或新生礦物集中，呈斑點狀，則稱為斑點板巖相。

泥質變質巖的典型礦物組合有石英、白云母、黑云母、綠泥石、紅柱石；基性變質巖的典型礦物組合有陽起石、鈉長石、綠泥石、綠簾石；鈣質變質巖的典型礦物組合有綠簾石、方解石和白云石等。

②、普通角閃石角巖相

該變質相代表較深的接觸變質帶。泥質變質巖的典型礦物組合決定于原巖中K2O的含量。如果K2O過剩，那么在泥質變質巖中會出現石英、白云母、黑云母、斜長石和微斜長石；如果 K2O不足，那么可以出現一系列高鋁硅酸鹽礦物，如紅柱石、堇青石等，但是它們不與鉀長石共生。基性變質巖的常見礦物組合為普通角閃石、斜長石、透輝石、鎂鐵閃石、黑云母和石英等。

③、輝石角巖相

該變質相常見于規模較大的輝長巖或花崗巖體周圍，其礦物組合大多是無水礦物。泥質變質巖的礦物組合為紅柱石、夕線石、堇青石、鉀長石和石英，但是不見白云母和石英的組合。基性變質巖的礦物組合為紫蘇輝石、透輝石、斜長石，有時含有黑云母。鈣質變質巖的礦物組合有斜長石、透輝石、鈣鋁榴石、符山石和硅灰石。

④、透長巖相

該變質相僅見于某些高溫侵入體或次火山侵入體的捕虜體或頂棚懸掛體之中。其特點是完全缺失含水和含 CO2的礦物。富鋁泥質變質巖的礦物組合為多鋁紅柱石、夕線石、堇青石、透長石、鈣長石、鱗石英等；若有時甚至出現玻璃質，則稱為玻化巖。基性變質巖的礦物組合為紫蘇輝石、透輝石和鈣長石等。

⑵、中高壓變質相

中高壓變質相與低壓變質相的區別是形成的深度較大，壓力普遍較高，但是溫度變化范圍很寬。以溫度增高為序有下列5種變質相：

①、濁沸石相

該變質相主要是由顯生宙的沉積巖或火山碎屑巖由于受到埋深變質作用而形成。它以片沸石、方沸石開始分解，濁沸石、斜鈣沸石、綠泥石、綠簾石和鈉長石等礦物的出現為特征。

②、葡萄石－綠纖石相

當溫度升高時，該變質相由于濁沸石被葡萄石和綠纖石代替而形成。其典型礦物有：葡萄石、綠纖石、綠泥石、黑硬綠泥石、鈉長石、白云母，陽起石和石英。

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③、綠片巖相

該變質相分布較廣，在從前寒武紀到中、新生代的變質帶中均可出現。其礦物組合以石英、鈉長石、白云母、綠泥石、硬綠泥石、綠簾石、方解石、陽起石、黑云母等為常見。在壓力較高、溫度較低的情況下，可以出現黑硬綠泥石，這時黑云母消失。當溫度升高時，若基性變質巖中的陽起石被普通角閃石代替，出現鈉長石、綠簾石和普通角閃石的組合，則稱為綠簾角閃巖相或高綠片巖相。它是綠片巖相和角閃巖相之間的過渡類型。

④、角閃巖相

該變質相分布較廣，各個地質時代均可出現。根據特征礦物，可分為低角閃巖相和高角閃巖相。在低角閃巖相條件下，泥質變質巖中出現藍晶石、十字石、鐵鋁榴石、斜長石、黑云母、白云母和石英；若原巖中K2O過剩，則還有鉀長石與之共生。在高角閃巖相條件下，泥質變質巖中的白云母和石英組合消失，代之以夕線石和鉀長石組合；而基性變質巖則以普通角閃石、斜長石和鐵鋁榴石組合為特征。

⑤、麻粒巖相

該變質相為高級區域變質相。其主要礦物多為無水礦物。泥質變質巖的礦物組合為夕線石或藍晶石（低壓麻粒巖相有堇青石）、鐵鋁榴石、斜長石、堿性長石（往往是條紋長石）和石英。在基性麻粒巖中，常出現紫蘇輝石、單斜輝石和斜長石組合。若在麻粒巖相的巖石中，含有相當數量的普通角閃石或黑云母，則稱為角閃麻粒巖相。它是角閃巖相和麻粒巖相之間的過渡類型。

⑶、極高壓變質相

極高壓變質相出現于高壓環境，以溫度增高為序列有下列2種變質相：

①、藍片巖相

藍片巖相，又稱為藍閃石片巖相或藍閃石－硬柱石片巖相，是一種典型的低溫高壓變質相。它多見于大陸邊緣、大洋板塊俯沖帶上或碰撞型造山帶內。已發現的藍片巖多為顯生宙的產物，但是也有屬于晚元古代的藍片巖。其典型變質礦物組合有藍閃石、硬柱石、文石、硬玉和石英等。當溫度升高而壓力降低時，若在基性變質巖中除了藍閃石（青鋁閃石、鎂鈉閃石）以外，還含有溫度較高的黝簾石和陽起石，但是不含典型的高壓礦物硬柱石、硬玉和石英等，則稱為藍閃綠片巖相。它是藍片巖相和綠片巖相之間的過渡類型，在元古宙和古生代的副高壓變質帶內比較發育。

②、榴輝巖相

榴輝巖相的形成溫度范圍較寬。其典型巖石為榴輝巖，原巖是基性巖；主要礦物組合為綠輝石、鐵鎂鋁榴石，有時含少量藍晶石、黝簾石、普通角閃石或藍閃石等。榴輝巖一般不含長石。榴輝巖的形成機制尚未研究清楚。

3、變質亞相

變質亞相是變質相的次一級劃分。有些變質相的溫度和壓力范圍較寬，可根據標志礦物或礦物組合進一步劃分為幾個次一級的溫度和壓力范圍，即變質亞相。變質亞相只具有局部意義，這一概念已較少使用。

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㈢、變質相系

1、變質相系的概念

在一個變質地區，溫度的變化常常以一系列的變質相為特征，因而可以用一系列的變質相來表示，這種一系列的變質相稱為變質相系（Metamorphic

Faciesries）。也就是說，變質相系是指在一個變質地區，一定的溫度、壓力范圍內形成的一套標型礦物組合序列。

變質相系這一概念首先由都城秋穗于1961年提出。他根據地熱梯度的變化范圍，將變質相系劃分為低壓、中壓和高壓3個壓力類型；并且把不同的變質相系與一定的大地構造環境相聯系。他認為，在一個變質地區內，由于溫度和壓力的變化范圍較大，往往需要用一系列變質相來表示。不同變質地區可具有不同的變質相系，反映不同變質地區的地熱梯度有所不同；它們與當時的大地構造環境有密切關系。

2、變質相系的基本類型

變質相系的分類不能單純地依靠少數幾種指示礦物，因為它們的出現還受到原巖成分的控制。其他對壓力具有敏感反應的礦物，也可作為變質相系劃分的依據。例如，硅灰石出現于低壓變質相系；在基性變質巖中富含鈉和鋁的角閃石、單斜輝石見于高壓變質相系；硅白云母是高壓低溫變質作用的標志。

根據特征的礦物組合和地熱梯度，可將變質相系分為以下3種基本類型：

①、低壓型（紅柱石－夕線石型）

以泥質變質巖中出現紅柱石、夕線石、堇青石為待征，藍晶石不出現。平均地熱梯度大于25℃/公里。由于達到一定溫度所需深度較淺，即巖壓較低，因而稱為低壓型。低壓相系可出現：濁沸石相→葡萄石－綠纖石相→綠片巖相→角閃巖相→麻粒巖相等前進變質相系列。

②、中壓型（藍晶石－夕線石型）

以泥質變質巖中出現藍晶石、夕線石為特征。平均地熱梯度約為20℃/公里。紅柱石、堇青石、藍閃石不出現，十字石普遍，鐵鋁榴石在中高級變質巖中出現。中壓相系可出現：濁沸石相→葡萄石－綠纖石相→綠片巖相→綠簾角閃巖相→角閃巖相→麻粒巖相等前進變質相系列。

③、高壓型（硬玉－藍閃石型）

以硬玉和石英組合代替鈉長石為特征。其形成的地熱梯度約為10℃/公里或更低。硬柱石、綠纖石是常見礦物，藍晶石穩定，而紅柱石、夕線石、堇青石等則不出現。高壓相系可出現：葡萄石－綠纖石相→藍片巖相→綠簾角閃巖相→角閃巖相等前進變質相系列。有些地區可出現榴輝巖相，但是不出現麻粒巖相。

這3種基本類型相系的地熱梯度，可以根據地熱梯度曲線加以標定。不同變質相系的地熱梯度曲線有著不同的斜率。

3、變質相系的過渡類型

由于地熱梯度的變化范圍很大，因而在上述3種基本類型之間尚可有許多5

過渡類型。在過渡型的相系中，礦物組合也具有過渡的特點。例如，在低壓相系的巖石中出現十字石時，應屬低壓過渡型；而在中壓相系的巖石中出現藍閃石或硬柱石時，則應屬高壓過渡型。

2020年2月13日編寫于重慶

2020年4月1日修改于重慶

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